[发明专利]一种锂硫电池用修饰隔膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种锂硫电池用隔膜修饰材料的制备方法。该方法是：选用高导电和高催化活性的二维片状材料作为模板，在其表面通过三氨基胍基盐酸盐和1,3,5‑三甲酰基间苯三酚的席夫碱反应包覆一层离子聚合物，然后与聚偏氟乙烯混合得到分散液并涂覆在隔膜基体上，烘干后得到所述的锂硫电池用修饰隔膜。本发明在隔膜上涂覆的离子聚合物包裹的片状材料，可以通过静电吸附‑快速扩散‑催化转化的模式加速隔膜截获多硫化物的反应动力学，避免固态产物在隔膜上的沉积，实现高含硫和高载硫条件下高的电化学性能。

技术领域

本发明属于电池材料制备及应用领域，具体涉及一种锂硫电池用修饰隔膜的制备。

背景技术

随着能源需求量的与日俱增和环境污染的日益严重，发展可替代的绿色清洁能源，减少化石燃料的大量消耗变得尤其重要，这推动了储能技术和设备的迅速发展。锂硫电池由于具有高达1675mAh g^-1的理论容量和2600Wh kg^-1的能量密度而被认为是一种理想的下一代储能材料。但活性物质硫和其固态放电产物的导电性差、多硫化物的穿梭效应以及充放电过程中的体积变化等问题，阻碍了锂硫电池的大规模商业化应用。其中多硫化物的穿梭效应最为复杂，容易导致快速的容量衰减，严重的自放电，低的库伦效率和差的循环稳定性。

使用纳米结构的导电材料作为硫主体改善硫正极的导电性、束缚多硫化物在正极区域是提升锂硫电池性能常用的方法。虽然硫复合正极材料的设计和合成已经取得了很大的进展，但是在高含硫，高载硫和高倍率条件下实现高能量密度和长寿命仍是一个大的挑战。对隔膜的修饰改性是改善正极材料的一种补充技术。目前，碳纳米管，氧化石墨烯，杂原子掺杂的碳，金属氧化物，金属硫化物及其复合物等已被用作隔膜的涂层。其中，含金属的涂层不仅能通过化学作用抑制多硫化物向负极的迁移，而且可以通过催化作用加快截获的多硫化物转化，从而在一定程度上提高了循环稳定性。 但是，由于这些材料中有限的多硫化物吸附位点，难以吸附充放电产生的大量多硫化物。 同时，这些隔膜的涂层将不可避免地减慢锂离子的传导，导致反应动力学下降。因此，迫切需要开发新的改性隔膜，该隔膜能同时实现多硫化物的有效截获和高效转化以及锂离子的快速传导，从而在高含硫和高载硫条件下实现优异的电化学性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂硫电池用修饰隔膜的制备方法，该修饰材料为离子聚合物包覆的导电片状材料。在该材料中，离子聚合物通过静电相互作用吸附的多硫化物可以迅速扩散到片状材料表面实现催化转化，提升锂硫电池的电化学性能。

为实现本发明的目的采用的制备方法如下：

（1）使用二维片状材料做模板，在有机溶液中与三氨基胍基盐酸盐超声分散20～60分钟获得混合物；

（2）在获得混合物中加入1,3,5-三甲酰基间苯三酚，通过冷冻-抽真空-解冻循环连续处理3次；

（3）连续处理后置于密封的Pyrex瓶中在100～125℃下静置3天，生成固体沉淀物；

（4）依次用N, N-二甲基乙酰胺、水和丙酮洗涤固体沉淀物，真空干燥后得到离子聚合物包覆的二维材料；

（5）将离子聚合物包覆的二维材料与聚偏氟乙烯混合均匀，得到分散液，然后将分散液以抽滤的方法涂覆在隔膜基体上形成隔膜涂层，抽滤完成后烘干，即得到所述的锂硫电池用修饰隔膜。

上述步骤中所述的二维片状材料是指Ti₃C₂、V₂C、Nb₂C、CoB和RuO₂，这些片状材料具有高导电和高催化活性。

上述步骤中所述的有机溶液是指1,4-二氧六环、 N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺中的任意一种。

上述步骤中三氨基胍基盐酸盐和1,3,5-三甲酰基间苯三酚的总质量与 二维片状材料的质量比为（1～6）:40。